Вентиляторы и газодувки

Большинство химико-технологических процессов нуждается в решении вопросов транспортирования газа или изменения давле­ния в нем. К таковым относятся, например, процессы абсорбции, конвективной сушки, каталитические и холодильные процессы.

Аналогичные вопросы необходимо решать и при осуществле­нии процессов, связанных с обработкой твердых материалов, в системах пневмотранспорта (гл. 3), аппаратах для измельчения и классификации сыпучих материалов (гл. 4 и 5). Энергию газа ис­пользуют для перемещения жидкостей газоструйными насосами (гл. 7). Наконец, без организации газовых потоков, например, в вентиляционных установках производственных помещений и сред­ствах аспирации рабочих мест не обходится решение вопросов охраны труда и техники безопасности на промышленных пред­приятиях.

Машины для транспортирования газа, создания в нем повы­шенного давления или, наоборот, понижения давления относят к категории компрессорных. Параметр, который характеризует отно­шение давления на выходе из компрессорной машины р₂ к давле­нию на входе в нее , называют степенью сжатия i:

По степени сжатия компрессорные машины подразде­ляют на

Вентиляторы обеспечивают повышение давления до i= 1, 10... 1, 15. Это означает, что по отношению к атмосферному давлению они создают избыточное давление до 15 кПа.

Газодувки обеспечивают степень сжатия на выходе из агрегата в диапазоне i = 1, 15...3, 0 (повышают давление на 15...300 кПа).

Более высокие значения степени сжатия (i > 3, 0) создают ком­прессоры (избыточное давление свыше 300 кПа).

Что касается вакуума, то вентиляторы обеспечивают неболь­шое разрежение, а вакуум-насосы — глубокий вакуум.

Компрессорные машины различают также по принципу дей­ствия и соответственно конструктивному исполнению.

Существуют машины кинетического действия (центробежные, осевые, струйные) и объемного (поршневые и роторные). Венти­ляторы могут быть центробежными и осевыми, газодувки — цен­тробежными и роторными, компрессоры — центробежными, ро­торными и поршневыми.

Центробежные вентиляторы. По принципу действия центро­бежные (радиальные) вентиляторы аналогичны центробежным насосам. В рабочем колесе вентилятора (рис. 8.1) при вращении лопаток рабочего колеса 1 увеличивается скорость газа и возрас­тает его кинетическая энергия. В спиральном кожухе (корпусе) 2 при увеличении сечения канала часть кинетической энергии пре­образуется в потенциальную. Это приводит к росту давления газа.

Размеры вентилятора определяют подачу и развиваемое давле­ние. Размеры, характеризующие спиралевидность корпуса, гео­метрические параметры всасывающего и выходного патрубков, ширину рабочего колеса и диаметр его входного

Отметим многообразие конструкций рабочих колес вентилято­ров. Число рабочих лопаток в вентиляторах различных типоразме­ров колеблется от единиц до десятков (в пылевых вентиляторах типа ЦП их всего шесть). Лопатки изготавливают прямо- или криволинейной формы, они могут быть загнуты вперед (в на­правлении вращения) или назад. Рабочие колеса бывают закры­тыми (с передним и задним дисками) или открытыми (без пе­реднего диска), а у некоторых из пылевых вентиляторов — с пол­ностью открытыми лопатками.

По развиваемому давлению центробежные вентилято­ры разделяют на вентиляторы низкого — до 1 кПа, среднего — до 3 кПа и высокого давления — 3... 10 кПа.

Основными параметрами, характеризующими работу венти­лятора, являются подача , давление р, потребляемая мощность N и КПД . Зависимости параметров работы вентилятора от по­дачи представляют графически или в виде таблиц. Эти зави­симости называют характеристиками вентилятора, их приводят в паспорте машины и справочной литературе. На рис. 8.2 пред­ставлен примерный вид характеристик центробежного вентиля­тора.

Давление газа, создаваемое вентилятором, частично расходу­ется на компенсацию разности давлений между выходом из вен­тиляционной сети и входом в нее. Эту составляющую давления называют статическим давлением . Оно не зависит от расхода газа. Другая часть давления затрачивается на преодоление гидрав­лического сопротивления сети р — это потери энергии на тре­ние и местные сопротивления (см. гл. 6).

Потери давления в сети выражают через подачу газа :

Где А — коэффициент сопротивления сети.

Тогда затраты давления в целом составят

Эту зависимость называют характеристикой сети. Она может быть изображена на том же графике, что и характеристика венти­лятора (рис. 8.3). Точку пересечения характеристики сети 2 и ха­рактеристики вентилятора 1 называют рабочей точкой вентилято­ра (точка Р). По рабочей точке определяют действительные пара­метры вентилятора: подачу и давление р при его работе в дан­ной вентиляционной сети.

Подачу вентилятора можно регулировать изменением частоты вращения вала, положения заслонки, влияющего на характери­стику сети, или сочетанием этих способов.

Рис. 8.3. Схема определения рабо­чей точки Р вентилятора: 1 — характеристика вентилятора; 2 — характеристика сети; р — давление; — подача; —параметры ра­бочей точки Р; — статическое дав­ление

Рис. 8.2. Характеристики центро­бежного вентилятора: р — давление; N — потребляемая мощ­ность; — КПД; — подача

Осевые вентиляторы. По конструкции и принципу действия осевые вентиляторы аналогичны осевым насосам. Их используют для передачи относительно больших объемов газа при невысоком развиваемом давлении.

Для получе­ния более высоких значений давления устанавливают несколько рабочих колес, причем на каждой ступени сжатия энергия пере­мещаемого газа возрастает.

Например, двухступенчатая турбогазодувка (рис. 8.5) имеет два рабочих колеса 3, закрепленных на общем валу 2. Через всасываю­щий патрубок 1 газ поступает на вход рабочего колеса первой ступени, а затем через один из направляющих аппаратов 4 (лопа­точный диффузор) — на рабочее колесо второй ступени. На выхо­де из последнего колеса также установлен направляющий аппа­рат, после прохождения которого газ покидает газодувку через нагнетательный патрубок 5.

Достоинством роторных машин является их быстроходность, поэтому вал машины можно соединять с валом двигателя напря­мую без промежуточной передачи. Кроме того, они обеспечивают равномерную подачу газа.